节水节能技术在绿色建筑给排水设计中的运用研究
摘要
关键词
绿色建筑;给排水设计;节水技术;节能技术
正文
引言:建筑业作为国民经济支柱产业,在推动城市化进程、改善人居环境方面发挥着重要作用。传统的粗放式建筑模式,浪费资源,污染环境,已不适应经济社会可持续发展要求。发展节能环保、低碳经济已成为建筑行业的必然选择。党的二十大以来,以习近平同志为核心的党中央高度重视生态文明建设,将其纳入“五位一体”总体布局,推动形成绿色发展方式和生活方式。在此背景下,发展绿色建筑已成为建筑行业转型升级的重要方向。
一、绿色建筑给排水设计的内涵与要求
(一)绿色建筑给排水设计的概念
绿色建筑给排水设计是指运用系统工程的理论和方法,在满足建筑使用功能和卫生要求的基础上,通过优化给排水系统形式和参数,合理选用节水节能技术和设备,最大限度地实现水资源的梯级利用和能源的梯级利用,达到建筑全寿命周期内综合环境效益最优的给排水系统设计。可以看出,绿色建筑给排水设计不同于传统给排水设计,其更加注重资源综合利用效率和全寿命周期环境效益,强调用水安全和舒适的同时兼顾节水环保,体现了可持续发展理念。绿色建筑给排水设计涵盖节水型洁具、高效净水设备、非传统水源利用、热回收技术等诸多节水节能技术的应用,贯穿从建筑物取水、输配水、用水、排水到水处理全过程,覆盖从方案设计、施工建造到运行维护全生命周期。
(二)绿色建筑给排水设计的原则
绿色建筑虽然更加强调节能环保,但建筑给水排水的安全性和可靠性始终是第一位的。设计应确保生活饮用水水质达标,杜绝管网污染,保证居民身体健康;设计应充分考虑用水高峰和事故工况,合理设置调蓄水池和应急水源,确保居民正常生活用水和消防用水;设计应因地制宜选择给排水形式,实现安全可靠运行。绿色建筑给排水设计在满足使用要求的基础上,应充分考虑工程造价和运行成本,不盲目追求高投入、高技术,而要从建筑的实际出发,因地制宜,经济适用。设计应优先选择投资省、见效快的节水节能技术,对部分投资大、见效慢的节能环保设施应慎重考虑;要充分利用当地水资源条件和气候特征,因地制宜地选用雨水、再生水等非传统水源;要合理确定设计参数和设备规格,在节约投资的同时,为建筑的节水节能创造良好条件。
(三)绿色建筑给排水设计的内容
用水定额和水量平衡,绿色建筑应根据不同用途合理确定用水定额,既要满足使用需求,又要体现节约要求;应测算各类用水比例,绘制水量平衡图,优化用水结构,最大限度地利用非传统水源,提高水资源利用效率。给水系统设计,应根据建筑类型、规模、当地水资源状况等,合理选择市政管网供水、区域供水等给水方式;加压方式宜采用变频调速供水设备,提高系统运行效率;合理分区设置给水管网,做好用水分类、分质供水;采用节水型洁具,选用感应式、定时式、调时式给水设备;加强二次供水水质安全管理,有条件的可设置直饮水供水系统。热水系统设计,根据建筑物的用途、规模,合理选择集中与分散相结合的热水供应方式;宜采用太阳能、空气源热泵等可再生能源制取生活热水,提倡采用热水循环系统,并设置热回收装置;要加强生活热水水质处理,采取科学的水质软化、除垢等措施。
二、节水节能技术在绿色建筑给排水设计中的应用现状
(一)节水技术应用现状
目前,在我国绿色建筑给排水设计中,节水技术主要包括节水器具、非传统水源利用、分质供水、智能化用水管理等。节水型洁具如节水型坐便器、小便斗、水嘴在普通住宅中已得到广泛应用,在公共建筑中也有较高的普及率。如在学校、医院、宾馆等公共场所,采用感应式水龙头、定时冲洗阀已较为常见。雨水收集利用技术近年来发展较快,尤其在水资源短缺地区和大体量公共建筑中得到较多应用。据不完全统计,目前我国已有200多个城市开展了雨水利用工作,建成了一大批雨水收集利用项目。如深圳市图书馆采用屋面雨水收集系统,雨水经收集、沉淀、过滤、消毒后用于绿化浇灌、道路冲洗等[6]。再生水回用技术的应用也逐步拓展,在写字楼、宾馆、小区等建筑中,中水处理系统日益普及。如上海世博园区采用再生水回用系统,中水处理后用于绿化、道路冲洗和卫生器具冲洗,中水回用率达30%以上。
(二)节能技术应用现状
在绿色建筑给排水设计中,节能技术主要包括可再生能源利用、热回收技术、高效节能设备等。太阳能热水系统已在广大城乡得到推广应用。“十二五”以来,我国太阳能热水行业持续快速发展,空气源热泵技术近年来发展较快,在夏热冬冷地区得到一定应用。地源热泵技术正在兴起,在大型公共建筑和生态社区中崭露头角。污水源热泵技术是近年来兴起的新技术,在大型公建和高層住宅中具有良好的应用前景。如香港新机场采用污水源热泵系统,日处理污水1.2万立方米,产生的热量可满足机场19%的空调负荷需求。在热水管道设计中,热水循环系统、管道保温等节能技术已得到广泛应用。随着热回收技术的进步,中水热回收、污水热回收、烟气余热回收等新技术日益受到关注,供热系统设计中,变频调速水泵、高效换热器等节能设备已成为主流选择。
三、节水节能技术在绿色建筑给排水设计中的应用策略
(一)优化系统设计,提高节水节能效果
在给排水系统设计中,要从建筑的实际情况出发,因地制宜地优化系统形式,最大限度地提高节水节能效果。供水系统设计应根据当地水资源条件、建筑物的特点,合理选择高位水箱供水、变频调速供水、气压供水等供水方式,优化供水系统运行参数,降低输配电能耗。用水系统设计应加强用水分类管理,推行分质供水,生活饮用水优先采用市政自来水,非饮用杂用水优先采用雨水、中水,合理划分用水分区,避免管径过大,减少输配水阻力损失。可采用机械连通、串级利用等方式,提高水资源重复利用率。合理设置卫生器具,减少管道局部阻力损失。充分利用重力流,减少能耗。热水系统设计宜因地制宜采用太阳能、空气源热泵、污水源热泵等可再生能源制备生活热水,并优先采用热水循环系统,减少放水热损失[1]。排水系统应因地制宜地布置雨水排放系统,充分收集屋面及地面雨水,提高雨水利用率。加强水质分类收集,污废水分类处理,提高水资源回收利用率。采用新型高效油水分离装置、隔油装置,提高餐饮废水处理效果。采用变频调速排水设备,减少污水提升能耗。
(二)推广节水器具,减少不必要用水损失
在建筑物的设计和施工中,要积极采用节水型洁具,减少不必要的用水损失,提高水资源利用效率。如普通水嘴的出水量一般在每分钟5~15升,而带有起泡装置的节水型水嘴出水量可降低50%左右;普通马桶每次用水量为9升,而节水型马桶可降低至3~6升。可见,大力推广节水型洁具,可明显降低居民日常用水量。建筑给水设备选型时,应充分考虑设备的节水性能。优先选择感应式、定时式、调时式给水设备,避免“长流水”现象发生。如感应式小便斗比脚踏式小便斗节水30%以上。不同区域应根据人流量、使用时间等合理选用感应距离、启闭时间,避免过度用水在用水器具安装过程中,应选择节水型密封圈和垫片,减少接口渗漏。冷热水系统应分别设置计量装置,及时发现非正常用水,杜绝“跑、冒、滴、漏”,加强节水器具的日常维护管理,及时更换老化的密封件,保证节水效果。对于公共场所,要加大节水器具的日常巡查力度,及时处理故障隐患。
(三)加强非传统水源利用,提高水资源利用效率
我国人均水资源占有量不足世界平均水平的1/4,是一个水资源相对匮乏的国家。而随着经济社会的快速发展,缺水问题日益突出,开发利用非传统水源已成为缓解供需矛盾的必然选择。雨水是一种清洁、优质的非传统水资源,加强建筑雨水收集利用,对于缓解城市内涝、改善水环境、提高水资源利用效率具有重要意义。设计中,应因地制宜地设置雨水收集系统,通过屋面、道路、绿地渗透等收集雨水,经调蓄、沉淀、过滤后回用于冲厕、洗车、绿化、景观用水等。如北京某小区雨水收集利用项目,年收集雨水1.5万立方米,节水率达13%[3]。随着城市污水处理设施的不断完善,再生水已成为一种新兴的非传统水源,加强再生水回用,不仅可以节约淡水资源,还可以减轻污水处理负荷,具有显著的环境效益和经济效益。目前,污水再生回用已在工业冷却、城市杂用、景观环境、农业灌溉等领域得到广泛应用。在绿色建筑中,要积极推进中水回用,采用成熟可靠的物化和生物处理工艺,加强水质监测,确保水质安全,提高中水回用率。如深圳市民中心采用中水回用系统,对生活污水进行处理回用,中水回用率达50%以上。在沿海和岛屿地区,可因地制宜开发利用海水淡化水源;在缺水地区可根据当地水文地质条件,合理开采地下水资源;还可利用空调冷凝水、洗浴水等各类杂排水,经收集处理后回用于建筑杂用。绿色建筑要树立节水优先的理念,统筹利用各种非传统水资源,最大限度地实现水资源的梯级利用,进而达到节水与环保的双重目标。
(四)应用节能技术,降低系统能耗
建筑给排水系统能耗主要包括输配水、供热、污水处理提升等环节的电耗和热耗。通过应用先进适用的节能新技术,可显著降低系统能耗,提高能源利用效率。在供水系统中,应根据建筑类型、用水规律等合理选择变频调速供水设备,实现恒压供水的同时,降低电耗。供水管网应优化布置,控制管网漏损率,减少输配水过程中的水头损失和电耗[4]。在热水系统中,应因地制宜采用太阳能、空气源热泵、污水源热泵等可再生能源制备生活热水,减少化石燃料消耗。宜设热水循环系统,并采取可靠的热(冷)量梯级利用措施,如设置热回收装置,充分回收排水、污水余热。应加强生活热水水质处理,采用高效节能的水处理设备,降低水质软化、除垢等处理环节的电耗、药耗。在排水系统中,应合理选用高效节能的排水设备,优化设备工况,降低电耗。可采用太阳能供电、污水源热泵等综合利用排水能源,变废为宝。污水处理设施应因地制宜选择曝气生物滤池、生物接触氧化法等低耗能工艺,加强污泥的无害化处理和资源化利用,实现减量化、稳定化和无害化。
(五)推广智能化管理,实现节水节能精细化控制
随着物联网、云计算、大数据等新一代信息技术的快速发展,智能化已成为建筑业发展的大势所趋。将智能化技术与节水节能深度融合,推行智慧水务管理,对于提高节水节能管理水平,实现节水节能的精细化控制具有重要意义。在用水计量方面,应大力推广智能水表,对用水量进行实时监测、统计和分析,及时掌握用水规律,发现非正常用水;在用水控制方面,应采用定时、定量、调时等智能控制装置,避免“长流水”和过度用水现象;在二次供水管理方面,应搭建智慧水务管理平台,对二次供水水质、水压实现实时在线监测,保障居民饮用水安全;在管网漏损控制方面,应建立智能化管网监测系统,通过流量、水压等参数的实时监控,及时发现管网漏损情况,降低漏损率;在水资源优化配置和调度方面,应整合分析海量监测数据,优化调度运行参数,最大限度地实现水资源梯级利用。在节能运行管理方面,可通过分项计量、能耗数据采集,实现对系统能耗的实时监测和统计分析,为节能诊断、改造提供数据支撑。可开展能效对标,找出薄弱环节,制定节能降耗措施。将用能数据接入智慧建筑管理平台,实现水、热、电等能源的统一管理、联动控制,进一步挖掘节能潜力,要加强节能环保设施的智能化运维管理,运用大数据分析等技术,对设备工况进行诊断,对设备故障进行预警,对运行策略进行优化,实现设备的智慧节能运行[5]。
结语
发展绿色建筑是建筑行业转型发展、助力生态文明建设的必由之路。而节水节能化的给排水设计,是绿色建筑的重要组成部分,对于推动行业节能减排、提高资源能源利用效率意义重大。目前,在国家大力发展绿色建筑的政策推动下,绿色建筑给排水设计蓬勃发展,节水节能新技术新产品不断涌现,但相关标准规范还不完善,技术集成应用水平还有待提高,管理体制机制创新还有待深化。
参考文献
[1] 杨洪海.关于绿色建筑给排水设计的节水措施探究[J].中文科技期刊数据库(引文版)工程技术, 2022(17).
[2] 潘舒.绿色建筑给排水节水设计研究[J].中国设备工程, 2023(19):254-256.
[3] 王吉亮.绿色建筑给排水设计的节水措施研究[J].中国科技纵横, 2022(18):30-32.
[4] 马思宁.绿色建筑给排水设计中的节水节能技术及设备应用研究[J].中文科技期刊数据库(引文版)工程技术, 2024(003):000.
[5] 李艾莉.绿色建筑节水节能技术及设备在建筑给排水设计中的应用[J].中国设备工程, 2023(14):248-250.
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